螺杆泵常见的故障类型分析

2013-09-03 06:32章海鸣
中国信息化·学术版 2013年7期
关键词:螺杆泵油管故障

章海鸣

【摘 要】随着螺杆泵采油系统应用规模的不断扩大,越来越多的故障问题也逐渐暴露在我们面前,其中最主要的几种故障是:定子橡胶溶胀,油管漏失,抽油管断脱,油管结蜡,螺杆泵漏失,转子磨损,卡泵等。

【关键词】螺杆泵、故障、油管、抽油

【中图分类号】TE35【文献标识码】A【文章编号】1672-5158(2013)07-0278-01

前言

造成螺杆泵采油系统出故障的原因有很多种,同一种故障也有可能是由不同的原因造成的,我们为了预防和发现这些潜在的威胁,必须按照常规的检修周期对设备进行检修,这不仅会消耗大量资金,而且若是不能及时发现,让泵带病运行,必然会加大设备的磨损,严重时甚至会造成停泵,使油田蒙受经济损失。

根据多年的生产事件,对螺杆泵井常见的工况类型进行了整理划分,工况类型总体分为正常和故障两种,而又因为其发生的部位不同,从而可以将故障分为以下七种。

一、螺杆泵定子橡胶溶胀

在螺杆泵应用实践中发现,同样的举升高度条件下,螺杆泵现场应用的容积效率比室内检测的容积效率低。经研究发现,造成这种情况的主要原因是螺杆泵下井后在高温,高压油气条件下定子橡胶溶胀使空腔变小。我们可以通过对定子橡胶溶胀值实验,计算,找出其影响规律,制定相应的技术对策以提高泵的容积效率,更好的发挥螺杆泵高效节能优势,为油田生产服务。

螺杆泵容积效率是实际空腔体积与设计空腔体积之比的百分数。在油井高温,高压条件下,原油或其中的某些化学物质通常会渗透到螺杆泵定子橡胶内部,使橡胶膨胀,体积增大,增大部分占据了空腔体积,使实际储存油液的空腔体积变小,导致容积效率降低。

二、油管漏失

据统计由于油管漏失而检泵占检泵比例的22.5%,与抽油杆断脱并列检泵原因之首。根据对生产造成的影响大小,可分为以下几种:

1)轻微漏失,油管漏失量很小,单位变化不大,一般可以继续生产;

2)一般漏失,油管漏失量?泵的排量,反应在生产上为井口取样困难,单量减产;

3)严重漏失,油管漏失量?泵的排量,反映在生产上为井口取样及单量不出;广义坐标有限元分析的一般步骤。

一般情况下,先是发现一口井产液量减少或不出,然后经一步步的诊断分析排除,最后确定是否油管漏失故障。

造成油管漏失的原因主要有以下几条:

1)油管钢材质量:由油管的加工制造过程,适用时间,保养管理等决定;

2)井下作业施工质量:作业队伍的施工水平,责任心等;

3)抽油杆偏磨:油井完钻质量水平,抽油杆防偏磨措施工艺水平;

4)化学腐蚀:在含水井中,由于地层水矿化度高,腐蚀性强,往往在油管连接部位最易造成腐蚀损坏。由于油管漏失后往往造成油井停产,过多的检泵使得作业成本负担加大,因此在生产中,根据造成油管漏失的各方面因素,采取必要的措施加以预防。而一旦发现油管漏失,必须检泵排除故障恢复油井的产能。

三、供液不足

故障表现为油压逐渐降低,排量逐渐降低,电流逐渐降低,井口整压,油压上升缓慢,停机观察,油压不降;供液严重不足时,井口不出液,出油口只往外排气,井口整压,油压不升,待液面恢复后,可抽出一定的液量,之后井口又不出液。对供液不足若发现不及时,将发生泵空抽,泵空抽时间过长将导致杆脱,杆断或定子失效,后果非常严重。

四、产能过剩

当油井产能过剩时,表现为油井的动液面很高,甚至有些到达井口,地层压力高,渗入井内的液体量大,泵排量小,具体表现为泵效较高,个别甚至大于100%,地面驱动部分电流明显偏低。

五、泵漏失

泵漏失故障表现为:泵效逐渐下降,动液面上升,电流逐渐下降,扭矩值低于正常范围,轴向力低于正常范围,但仍大于杆柱在采出液中的重量,油套压在一定程度上连通。

引起泵漏失的主要原因是:泵长期工作,定子与转子磨损导致泵漏失,影响泵漏失的因素归根结底是由于泵的密封性故障,其主要体现在质合金腐蚀,碳化硅腐蚀,石墨环腐蚀,O型密封圈的腐蚀,金属环腐蚀,热损失效和摩擦失效。施工作业时,必须严格检查泵和管住的丝扣有无损伤。在抽油杆上安装扶正器,减少在生产过程中抽油杆与油管的摩擦。

六、抽油杆断脱

抽油杆断脱造成的井下作业工作量在油田开发后期占相当大的比重,作业成本逐年上升,严重影响企业的经济效益。加大技术投入和强化过程管理,减少抽油杆断脱,已成为提高井下作业质量的必由之路。

抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用,再加之定向井的偏磨,使其成为机械采油中可靠性最低的设备,很容易发生断脱。导致抽油杆柱断脱的原因是多方面的,影响因素也错综复杂,主要应从以下三个方面进行剖析。

(一) 疲劳破坏

1)抽拉杆工作条件:抽油杆在工作过程中,承受不对称循环载荷的作用,上部光杆承受的载荷包括:抽油杆柱的载荷,液柱载荷,抽油杆柱、油管柱和液柱的惯性载荷,抽油杆柱在运动中受的摩擦阻力,抽油管柱和油管柱的弹性引起的振动载荷,由液击引起的冲击载荷,由井斜变化、螺纹不同心、悬绳器摆动等因素造成的扭力等七种力。而抽油杆柱承受的载荷随深度有所变化,如抽油杆柱载荷越往下越小,加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用,在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力,迫使抽油杆弯曲,增大了扭力和摩擦力,使得下部抽油杆工作条件更加恶劣。因此,抽油杆柱承受的不是简单的不对称循环载荷,而实际上中和点以下的抽油杆承受的是不对称拉压循环载荷,加上抽油杆柱本身未加工面积达85%以上,不可避免地会有疲劳源存在,从而产生疲劳断裂。

2)抽油杆强度分析:现代抽油杆强度计算都采用了无限寿命疲劳设计,即把抽油杆的许用应力控制在疲劳极限以下,以保证抽油杆工作循环次数大于次,一般应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。

(二)抽油杆机械磨损

1)直井下冲程抽油杆底部受压弯曲致使杆管偏磨。

2)井斜引起的机械磨损。由于井斜,使油管产生弯曲,在抽油井生产时,抽油杆的综合拉力F或综合重力W产生了一个水平分立xF。在水平分力xF的作用下,油管和抽油杆相互接触产生摩擦上冲程时,使抽油杆与油管内壁的一侧产生磨损,下冲程时,抽油杆弯曲与油管内壁的另一侧面产生磨损。

(三)抽油杆腐蚀破坏

螺杆泵抽汲的流体主要是油、气、水,其中原油是由各种碳氢化合物组成的多组分混合物溶液,各种组分的碳氢化合物的相态随油井压力、温度的变化而变化。原油中碳原子数16到64的烷烃固态物质为石蜡,其熔点在49℃到60℃之间。在油层条件下,原油中所含的蜡都处于溶解状态,但由于石蜡在油中的溶解度随温度的降低而降低,因此流体在举升过程中,随着温度的逐渐降低,石蜡不断析出,其结晶便长大聚集和沉积在管壁的一定位置上,即出现所谓的结蜡现象。原油中含蜡量越多,结蜡越严重。井口、地面管线的结蜡,导致井口回压增大,造成螺杆泵实际压头增大。预防油井结蜡,是保证螺杆泵采油井长期正常运转的主要途径之一。因此螺杆泵采油井必须实施清防蜡解堵工艺技术。

结束语

虽然螺杆泵的弊端显而易见,但其制造和使用成本低廉,非常实用于稠油出砂井的优点是主要的,因此螺杆泵采油技术仍是一种行之有效地人工采输手段。

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